居住建筑用裝配式地面體系的研究

何金太，趙煒璇

（北京建筑材料科學研究總院有限公司，北京 100041）

近年來，隨著建筑產業政策的推動和行業協會的積極行動，我國裝配式建筑得以蓬勃發展，極大地促進了建筑業的升級轉型和技術進步。作為裝配式建筑的重要組成部分，裝配式裝修采用干式工法，將工業化的部品部件在現場裝配完成，大幅減少現場濕作業，提高施工效率和裝修質量，已在公租房、長租公寓、快捷酒店、醫院、辦公室等得到規模化應用[1-3]。

裝配式裝修由裝配式隔墻、墻面、頂面、地面、門窗、廚房、衛生間等體系組成，目前針對隔墻、墻面、廚房、衛生間體系研究較多[4-6]，部品較為豐富；而對地面體系研究較少，可選擇的部品不多。本文針對居住建筑室內裝修的環保需求和干式地暖、面材多樣化需求，開發一種瓷磚飾面層、帶地暖功能的裝配式地面體系，為創建綠色、高品質的室內裝修提供技術支持。

1 裝配式地面體系

裝配式地面體系采用架空樓地面，包括架空地板模塊、干式地暖模塊和瓷磚飾面層，具體構造見圖1。通過四角支撐將基層板架空于樓板結構層形成架空地板模塊，在基層板上側放置干式地暖板，安裝地暖水系統及瓷磚飾面層。該體系的優點：干法施工與地板輻射采暖相結合，基層不需要進行找平，對環境溫度無特殊要求，施工效率高；架空空腔形成的空氣層，可走水電管線，符合管線分離的要求，也能夠有效阻止熱量下傳；濕作業少，避免現場污染等問題，部分材料可循環使用。

圖1 裝配式地面體系構造

1.1 架空地板模塊

架空地板模塊由可調節支撐和無機礦物基層板組成，無機礦物板采用四角鍍鋅底座支承，不帶橫梁系統，每塊地板四角有1/4圓弧，4塊地板組合后形成1個圓，由一個定制注塑螺母壓角固定件固定。該地板模塊具有A級防火、環保健康、承載力強、安裝便利等優點。

1.1.1 可調節支撐

可調節支撐為金屬支架，包括底座、螺母、上托和固定件，底座和上托選擇壁厚不小于3 mm鍍鋅鋼，以確保架空地板的平整度，各部件的具體尺寸見圖2，可調節高度范圍30~80 mm。技術性能應符合GB/T 36340—2018《防靜電活動地板通用規范》中支撐系統規定的相關要求，具體為：（1）外觀無明顯疵點，連接牢固，金屬件表面防腐層無脫落；（2）軸向中心荷載＞11 800 N，荷載11 800 N保持1 min，撤除后無損壞，可調節部位功能正常。安裝使用時分3步：第1步旋轉螺母，確定可調節支撐的高度；第2步旋轉安裝上托；第3步旋轉安裝固定件。

圖2 可調節支撐尺寸

1.1.2 無機礦物板

無機礦物板以硅酸鹽水泥、礦物纖維、石英砂等為原料，鋼筋網片作內襯經過高壓一次成型得到的混凝土地板，規格尺寸為500 mm×500 mm×26 mm，技術性能符合GB/T 36340—2018中Q型（承重類型為輕型）地板的要求，主要指標有集中荷載、均布荷載、極限集中荷載等。根據GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》要求，居住建筑室內地面的設計均布荷載為2~4 kN/m2，因此地面架空系統的承載能力選擇Q型即可（Q型地板的均布荷載為12 500 N/m2）。集中荷載表示作用在地板某一個點上的荷載，測試時將一定的荷載連續均勻加載到地板的某點上，判斷撓度和殘余變形是否小于規定值。均布載荷指持續作用在地板板塊單位表面積上、且各點受力均等的荷載，測定時連續均勻加載至均布荷載試驗值后保壓1 min，記錄板面的撓度值。極限集中荷載指作用在地板板塊某點上的荷載，并增加該荷載直到地板破壞時的最大荷載。

選擇厚度分別為20、26、30 mm的無機礦物板進行集中荷載、均布荷載、極限集中荷載等性能測試，結果見表1，厚度26 mm和30 mm的無機礦物板材可以達到輕型板材的荷載要求，綜合考慮板塊的重量和荷載性能，選擇厚度為26 mm的無機礦物板材。

表1 不同厚度無機礦物板的性能

1.1.3 架空地板模塊性能

由可調節金屬支撐和尺寸500 mm×500 mm×26 mm無機礦物板組成架空模塊，架空層高50 mm，按GB/T 50152—2012《混凝土結構試驗方法標準》將加載塊采用分級加載放置于無機礦物板上（見圖3），每級加載完成后持續10 min，記錄架空地板模塊的變化。集中荷載從40 kg開始，每級增加40 kg，集中荷載達到3136 N，架空地板模塊未見破壞；均布荷載從120 kg開始，每級增加120 kg，受力面積為0.25 m2，檢測發現均布荷載達到47 040 N/m2，架空地面模塊未見破壞，滿足居住建筑室內地面的荷載要求。

圖3 架空地面模塊荷載實驗

1.2 干式地暖模塊

干式地暖模塊由干式地暖板、加熱管等組成，采用高強度擠塑聚苯板（XPS）為干式地暖板，加熱管敷設在地暖板的溝槽中，上面無填充層均勻地面壓力，可以直接鋪貼地磚，相對于傳統濕式地暖需要50 mm細石混凝土回填層，避免大量濕作業，減少了建筑垃圾，降低了樓地面層的重量。該模塊具有輕質高強、施工便利、節省層高、升溫快等優點[7]。

1.2.1 干式地暖板

干式地暖板由表面帶預制溝槽的高強度擠塑聚苯板及壓花鋁板均熱層組成，表面平整，壓花鋁板粘貼齊整無翹邊，凹槽部位粘貼無裂縫，板邊無殘膠，主要技術指標見表2，常用尺寸規格為600 mm×1200 mm×30 mm，預制溝槽截面為類U型，溝槽間距為150 mm或200 mm，溝槽有直槽和彎槽兩種，水管轉彎處選用定型彎槽地暖板。高強度擠塑聚苯板保溫材料的作用在于減少了本層建筑的熱量向下傳遞，從而提高了本層建筑室內溫度的可靠性；壓花鋁板均熱層可誘導向上散熱且均勻充分，與傳統濕式地暖管間距大、散熱不均勻有明顯的區別。

表2 干式地暖板的主要技術性能

選擇不同表觀密度的擠塑聚苯板進行壓縮強度和點荷載性能測試（見圖4），點荷載是擠塑聚苯板的關鍵指標，點荷載是以恒定的速度在試樣表面的小面積范圍內施加的壓縮荷載，判定制品是否有足夠的強度承受在安裝和使用過程中因人為活動而產生的荷載，結果見表3。

圖4 XPS地暖板的點荷載實驗

表3 不同表觀密度XPS地暖板的壓縮強度和點荷載

從表3可以看出，隨著表觀密度的增加，壓縮強度和點荷載也隨之增加，從架空地面模塊的荷載要求和瓷磚飾面層（脆性材料）方面考慮，選擇表觀密度45~55 kg/m3的高強度擠塑聚苯板。

1.2.2 干式地暖模塊的散熱量

以金屬支架+無機礦物板為架空地面模塊，厚度30 mm高強度擠塑聚苯板為地暖板，0.2 mm為鋁箔散熱層，PE-RT管徑16 mm為加熱水管，加熱管間距150 mm，上面鋪設10 mm瓷磚飾面層，粘結層8 mm，按GB/T 29045—2012《預制輕薄型熱水輻射供暖板》附錄B測試散熱性能，散熱量為Qt=30.6339ΔT1.0410，當ΔT=37 K時，Qt=1528.5 W，向下散熱量為總散熱量的18%，符合標準規定的不超過總散熱量的25%的要求。

1.3 瓷磚飾面層

地暖模塊面層為壓花鋁板，需要涂刷界面劑和瓷磚粘結劑進行瓷磚飾面層的鋪貼，瓷磚膠粘劑性能指標應符合JC/T 547—2017《陶瓷磚膠粘劑》的規定。界面劑的性能指標應符合與擠塑聚苯板的拉伸粘結強度≥0.20 MPa，與均熱層的拉伸粘結強度≥0.10 MPa。

在地暖板分別做界面劑+瓷磚膠粘劑和不加界面劑瓷磚膠粘劑鋪貼瓷磚，進行拉伸粘結強度性能檢測，結果見表4，界面劑+瓷磚膠粘劑的拉伸粘結強度明顯高于不做界面處理的測試結果，本實驗選擇雙組份瓷磚粘結劑（乳液+水泥砂漿）鋪貼瓷磚有助于提高拉伸粘結強度，聚合物乳液是高分子有機物結構，存在許多有機官能團，其分散在砂漿內水泥漿體與骨料的界面處，可以與水泥水化產物發生化學反應，形成穩定的化學鍵，提高了界面結構的粘結強度，進而改善水泥砂漿的微觀結構，從而提高水泥砂漿的力學性能[8]。

表4 地暖板上使用和不使用界面劑粘結陶瓷磚的拉伸粘結強度 MPa

2 裝配式地面體系施工工序

施工前：（1）工序交接：施工材料進入工地之前，應與施工單位做好工序交接工作，以確保地面工程的安裝順利進行；（2）清潔樓面：進入施工現場，將地面的垃圾及灰塵等雜物清理干凈；（3）技術準備：針對本工程的特點，應對施工人員進行培訓。

2.1 架空地板模塊施工工序

地面彈線→安裝地板支架→用激光水平儀校準地板支架→鋪設架空地板→切割收邊地板。

2.2 干式地暖模塊施工工序

配置膠粘劑→鋪設干式地暖板→安裝分集水器→安裝加熱管→管道試壓→安裝溫控面板。

2.3 瓷磚面層鋪貼工序

排轉、分格、彈線→粘貼瓷磚→填縫→清掃表面。

3 結論

本文提出的裝配式地面體系采用架空地面結構，關鍵部品及材料選擇承載力強的無機礦物板、高強度擠塑聚苯乙烯地暖板和雙組份瓷磚粘結劑，滿足居住建筑的室內地面采暖、瓷磚面層需求，適用于工業化生產，施工效率高，滿足居住建筑對地面荷載、環保和安裝便捷的要求，符合當前住宅產業現代化和建筑全裝修的發展趨勢，對推動裝配式居住建筑的發展具有重要意義。